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Einrichtung zur Messung der Frequenz einer
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elektrischen Wechselspannung Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zur Messuncj der Frequenz einer elektrischen Wechselspannung der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 genannten Art.
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Bekannte Frequenzzähler benötigen zu einem ordnunysc3emäßen Arbeiten
eine minimale Speisespannung. Aus diesem Grunde weisen sie in der Regel Verstärker
auf, damit auch bei niedrigen zu messenden Wechselspannungen die erforderliche Eingangsspannung
erreicht wird. Häufig ist den Freguenzzählern auch eine Impulsformestufe vorgeschaltet,
so daß auch noch große Weclislspannungen verarbeitet werden können. Voraussetzung
hierbei ist jedoch immer, daß es sich um eine Wechselspannung mit regelmäßigem Kurvenverlauf,
z.B. eine Sinusspannung, handelt. Bei unregelmäßigen Wechselspannugen, wie sie in
der Akustik, insbesondere aber bei Aktionsspannungen des menschlichen Herzens vorkommen,
besteht der Nachteil, daß die in der Wechselspannung enthaltene Grundschwingung
nicht mehr erkannt wird, weil Unregelmäßigkeiten
wie Nebenzacken,
Oberwellen oder dergleichen ebenfalls den Frequenzzähler zum Ansprechen bringen,
der dann nicht mehr die Grundfrequenz anzeigt.
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Bei der Messung der Pulsfrequenz des menschlichen Herzens ist es
bekannt, ein abgeleitetes Aktionspotential des menschlichen Herzens (EKG) einem
Frequenzzähler zuzuführen, wobei die zugeführte Spannung von erfahrenen Personen
so einzustellen ist, daß die der Messung zugrundeliegende R-Zacke des QRS-Komplexes
der Aktionsspannung in den Ansprechbereich des Frequenzzählers fällt, nicht dagegen
die übrigen Teile dieser periodischen Spannungskurve. Zur Spannungseinstellung werden
dabei Meßinstrumente oder Oszillografen verwendet, auf denen die Aktionsspannung
dargestellt wird.
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Der Nachteil solcher bekannten Geräte besteht darin, daß komplizierte,
teure und große Anzeigegeräte erforderlich sind, damit die richtige Einstellung
der Spannung möglich ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß solche Geräte
praktisch nicht miniaturisierbar und daher nicht von einem Probanden mitführbar
sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten
Einrichtungen der betreffenden Art zu vermeiden, also eine Einrichtung zur Messung
der Frequenz einer elektrischen Wechselspannung der betreffenden Art zu schaffen,
die sich für die Frequenzmessung unregelmäßiger Wechselspannungen eignet, kleine
und billige Bauformen ermöglicht und auch von ungeübten Personen leicht und sicher
ordnungsgeinäß einstellbar ist, um eine sichere Frequenzmessung zu ermöglichen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen
des Patentanspruchs 1 angegebene Lehre gelöst.
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Durch die erfindungsgemäß verwendeten Schwellwerteinrichtungen werden
eine untere und eine obere Grenze eines Ansprechbereichs des Frequenzzählers definiert,
wobei das Überschreiten der unteren Grenze und das der oberen Grenze getrennt durch
die Anzeigeeinrichtungen angezeigt wird. Durch eine einfache Einstellung der Größe
und/oder Verstärkung der dem Frequenzzähler und damit auch den Schwellwerteinrichtungen
zugeführten Spannung kann somit auch eine ungeübte Person eine ordnungsgemäße Frequenzmessung
sicherstellen. Sie braucht nämlich die Einstellung nur so vorzunehmen, daß die Anzeige
für die untere Grenze anspricht, die zur Anzeige der oberen Grenze jedoch nicht.
Überschreitet die Spannung die obere Grenze, so muß die Verstärkung bzw. die Spannung
verkleinert werden.
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Auf diese Weise kann beispielsweise ein einfaches irequenzmeßgerät
zur Messung der Pulsfrequenz des menschlichen Herzens verwendet werden, das billig,
klein im Aufbau und damit ohne weiteres am Körner zu tragen sowe einfach und sicher
auch durch Nichtfachleute einstellbar ist. Derartige Geräte lassen sich daher für
Herzpatienten oder bei Sportlern verwenden, um Überlastungen insbesondere üq Leistungssport
zu vermeiden, im Training Aktiv- und Ruhephasen optimal aufeinander abzustimmen
und Kondition und Fitness festzustellen.
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Zweckmäßigerweise bestehen die Anzeigeeinrichtungen ganz einfach aus
Leuchtsignalen, z.B. Leuchtdioden, die sich durch ihre Anordnung oder/und zusätzliche
Farbgebung, z.B. grün für die untere Ansprechgrenze und rot für die obere Ansprechgrenze,
leicht
beobachten lassen. Leuchtet in einem solchen Fall z.B.
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die grüne Lampe, so weiß der Proband, daß er die Verstärkung des Signals
ausreichend groß eingestellt hat. Leuchtet zusätzlich die rote Lampe, so weiß er,
daß die eingestellte Spannung zu groß ist, er sie also verringern muß. Natürlich
liegt es auch im Rahmen der Erfindung, nur eine Anzeigeeinrichtung# zu verwenden,
die in der Lage ist, zwei unterschiedliche Anzeigen, z.B.
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Farben, zu liefern.
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Besonders zweckmäßig ist eine Weiterbildung der Erfindung, wonach
die Steuersigna]e für die Anzeigeeinrichtungen von.
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der zu messenden Wechselspannung abgeleitete Impulse sind. In diesem
Fall blinken z.B. die als Leuchtsignale ausgebildeten Anzeigeeinrichtungen im Takt
der zu messenden Wechselspannung, also im Takt der Pulsfrequenz des menschlichen
Herzens, so daß dadurch gleichzeitig mit der Anzeige der richtigen Steuerspannung
für den Frequenzzähler auch eine optische Anzeige der gemessenen Frequenz erzeugt
wird.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Fig. 1 ist ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels, Fig. 2 ist
eine grafische Darstellung, die die Arbeitsweise der Einrichtung gemäß Fig. 1 bei
der Messung der Pulsfrequenz des menschlichen Herzens verdeutlicht.
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Eine von einem menschlichen Herzen abgeleitete Aktionsspannung wird
in einem Verstärker 1 verstärkt, dessen Ausgang an einen Regelverstärker 2 angeschlossen
ist, dessen Verstärkung
durch einen Regler 3 einstellbar ist. Die
eingestelite Aus(angsspannung des Regelverstärkers 2 gelangt in einen Impulsformer
4, dessen Ausgang mit einem Frequenzzähler 5 verbunden ist, der in beliebiger Weise,
z.B. durch ein Analoginstrument oder eine digitale Ziffernanzeige die gemessene
Frequenz anzeigt.
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Der Ausgang des Regelverstärkers 2 ist außerdem jeweils mit dem Eingang
von Schwellwerteinrichtungen 6 und 7 verbunden, an deren Ausgang Leuchtdioden 8
und 9 angeschlossen sind. Die Schwellwerteinrichtung 7 hat einen Schwellwert, der
der unteren Ansprechgrenze des Frequenzzählers 5 und/oder des Imulsforers 4 entspricht,
während der Schwellwert der Schwellwerteinrichtung 6 auf die obere Grenze eingestellt
ist.
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Bei Vergrößerung der Verstärkung des Regelverstärkers 2 wird also
seine Ausgangsspannung ansteigen und zunächst den Schwellwert der Schwellwerteinrichtung
7 überschreiten, so daß die Leuchtdiode 5, die in diesem Fall grün ist, im Takt
der gemessenen Frequenz. z.B. der Pulsf.requenz eines mensci#liciien Herzens, aufleuchtet.
Der Schwellwert der Schwellwerteinrichtunq 6 ist dabei noch nicht überschritten,
so daß die I,euchtdi.ode 9, die in diesem Fall rot ist, nicht aufleuchtet. Wird
die Ausgangsspannung des Regelverstärkers 2 durch Verstellung des Reglers 3 weiter
vergrößert, so wird auch der Schwellwert der Schwellwerteinrichtung 6 überschritten,
so daß die rote Leuchtet diode 9 im Takt der Pulsfrequenz aufleuchtet. Dies ist
das Signal für die Bedienungsperson, daß die eingestellte Verstärkung zu hoch ist.
Ein beständiges Aufleuchten der grünen Leuchtdiode 5 signalisiert also ein ordnungsgemäßes
Arbeiten der Einrichtung zur Frequenzmessung.
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Fig. 2 verdeutlicht die Arbeitsweise der Einrichtung gemäß Fig. 1
bei der Messung derPulsfrequenz eines menschlichen Herzens, von dem eine Aktionsspannung
10 mit den typischen Q-, R- und S-Zacken ausgeht. Die Spannung U ist in dem Diagramm
in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen, wobei die Spannung 10 nur über eine
Periode dargestellt ist. Eine Schwellwertspannung 11 der Schwellwerteinrichtung
7 und eine Schwellwertspannung 12 für den oberen Schwellwert der Schwellwerteinrichtung
6 sind jeweils durch Linien verdeutlicht, zwischen denen ein Ansprechbereich 13
liegt, in dem der Frequenzzähler 5 bzw.
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der vorgeschaltete Impulsformer 4 ordnungsgemäß arbeitet. Oberhalb
der Schwellwertspannung 12 liegt ein Spannungsbereich 14 und unterhalb der Schwellwertspannung
11 ein Spannungsbereich 15, in denen kein ordnungsgemäßes Arbeiten gewährleistet
ist.
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Wird nämlich die Verstärkung mittels des Reglers 3 nicht ausreichend
hoch eingestellt, so fällt die R-Zacke in den Spannungsbereich 15, in dem der Frequenzzähler
5 nicht ordnungsgemäß arbeitet, was dadurch deutlich wird, daß die R-Zacke nicht
den Schwellwert 11 übersteigt und damit auch nicht die ordnungsgemäß arbeitende
Leuchtdiode 8 grün zum Aufleuchten bringt. Bei Vergrößerung der Spannung tritt die
R-Zacke in den Ansprechbereich 13 ein, so daß eine Frequenz und Pulsmessung nur
anhand der R-Zacke in ordnungsgemäßer Weise erfolgt. Würde die Spannung weiter vergrößert
werden, so würde die R-Zacke in den Spannungsbereich 14 ragen, in dem ein ordnungsgemäßes
Arbeiten nicht mehr gewährleistet ist. Dies kann insbesondere auch deshalb der Fall
sein, weil dann ein Buckel 16 der Spannungskurve
10 ebenfalls
in den Ansprechbereich 13 eintritt, wobei in fehlerhafter Weise eine doppelte Pulsfrequenz
angezeigt werden würde.
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Die Schwellwerteinrichtung 7 für den unteren Schwellwert kann auch
eine Fenstercharakteristik haben, deren Grenzen mit dem minimalen und dem maximalen
Schwellwert übereinstimmen, so daß die ordnungsgemäßes Arbeiten anzeigende Leuchtdiode
8 erlischt, wenn der obere Schwellwert überschritten wird und die rote Leuchtdiode
aufleuchtet. Auf diese Weise leuchtet immer nur eine Diode auf.
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L e e r s e i t e